5制造技术课程设计指导书修改

制造技术课程设计指导书范孝良 王进峰 康文利 储开宇华 北 电 力 大 学机械制造及其自动化教研室2005年4月78前 言本课程设计指导书由制造教研室范孝良、王进峰、康文利编写，并由张文建老师最终审定。在编写过程中制造教研室的其他老师也提出了许多宝贵意见，由于编写时间仓促，并受编写者知识和现场经验所限，本书中难免有疏漏和错误之处，希望使用本指导书的老师和同学不吝提出批评意见，以便于将来修订时予以改正，对此我们将深表谢意。第一章 制造技术课程设计指导1一、课程设计目的1二、课程设计任务1三、课程设计内容及步骤2四、课程设计成绩的考核6第二章 机械制造工艺规程与专用夹具设计7一、机械加工工艺过程设计7二、专用夹具设计17第三章 制造技术课程设计实例23一、零 件 的 分 析23二、工 艺 规 程 设 计24三、夹具设计46四、制造技术课程设计题目选编63第四章 参考文献77第一章 制造技术课程设计指导一、课程设计目的制造技术课程设计是在进行了认识实习和学完了机械制造技术基础课程之后进行的一个设计性和实践性教学环节。通过本课程设计学生能得到综合运用所学过的课程知识进行机械加工工艺规程编制及机床夹具结构设计的基本训练，提高学生的设计能力；同时也为学生今后作好毕业设计进行一次综合训练和准备。学生通过制造技术课程设计，应该在下述几个方面得到锻炼：1. 能熟练运用机械制造技术基础课程以及先修课程中的基本理论知识和在认识实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。2. 提高结构设计能力。通过机床夹具设计的训练，使学生能应当获得根据被加工零件的加工要求，在确保加工质量的前提下设计出高效、省力、经济合理的机床夹具的能力。3. 学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种参考资料的名称、出处，做到能熟练运用。二、课程设计任务1. 前提：在通用机床上使用专用夹具进行大批量生产。2. 内容： 编制某零件的机械加工工艺规程（工艺过程卡和指定工序的工序卡）； 设计该零件某指定工序使用的专用夹具。3. 具体要求： 编制机械加工工艺卡片（教材P187表5-6，教材P188表5-7）内容包括确定工序、切削用量、设备、刀具、夹具、量具、工时定额。 机床夹具设计 完成夹具装配图1张（1#），要求正确标注轮廓尺寸、配合尺寸、调整尺寸及相关技术要求； 完成夹具体零件图1张（1#），要求正确标注尺寸、公差、表面粗糙度及相关技术要求； 完成指定的夹具零件图1张，要求正确标注尺寸、公差、表面粗糙度及相关技术要求； 撰写设计计算说明书一份，内容包括目录、设计任务、工艺编制说明、工序分析，设计计算与结构参数确定、设计总结、参数资料等。4. 纪律：规定设计时间为上午8：3011：30，下午 3：00 5：00。在以上规定时间内所有学生必须到教室进行设计，有事必须向指导教师请假。5. 时间安排： 第13天：编制工艺规程； 第48天：设计夹具、完成规定的图纸； 第9天：撰写设计说明书； 第10天：提交已完成的设计、进行答辩。6. 分组：每班分为六个组。三、课程设计内容及步骤1. 对零件进行工艺分析，画零件图学生在得到设计题目以后，应首先对零件进行工艺分析。其主要内容包括： 分析零件的作用及零件图上的技术要求； 分析零件主要加工表面的形状、尺寸及位置精度、表面粗糙度以及设计基准等； 分析零件的材质、热处理及机械加工的工艺性要求。所有图纸均应按机械制图国家标准仔细绘制。除特殊情况经指导老师同意外，均按1：1比例画出。零件图标题栏如图1所示。14020152015 （图名） 比例 （图号）件数840制图（日期）重量材料8指导华北电力大学机械工程学院（班号）8审核3015 图1 零件图标题栏2. 选择毛坯的制造方式毛坯的选择应该根据生产批量的大小、零件的复杂程度、加工表面及非加工表面的技术要求等几方面综合考虑。正确地选择毛坯的制造方式，可以使整个工艺过程更加经济合理，故应慎重对待。在通常情况下，主要应根据生产类型来决定。3. 制定零件的机械加工工艺路线1 制定工艺路线。在对零件进行分析的基础上，制定零件的工艺路线和划分粗、精加工阶段。对于比较复杂的零件，可以先考虑几个加工方案，分析比较后，再从中选择比较合理的加工方案。2 选择定位基准，进行必要的工序尺寸计算。根据粗、精基准选择原则合理选定各工序的定位基准。当某工序的定位基准与设计基准不相符时，必须对工序尺寸进行换算。3 选择机床及工、夹、量、刃具。机床设备的选用应当既要保证加工质量，又要经济合理。在成批生产条件下，一般应采用通用机床和专用工夹具。4 加工余量及工序间尺寸与公差的确定。根据工艺路线的安排，要求逐道工序逐个表面地确定加工余量。其工序间尺寸公差，按经济精度确定。一个表面的总加工余量，则为该表面各工序间加工余量之和。在本设计中，对各加工表面的余量及公差，学生可根据指导老师的决定，直接从机械制造工艺设计简明手册中查得。5 切削用量的确定。在机床、刀具、加工余量等已确定的基础上，要求学生用公式计算12道工序的切削用量，其余各工序的切削用量可由切削用量手册中查得。6 画毛坯图。在加工余量已确定的基础上画毛坯图，要求毛坯轮廓用粗实线绘制，零件的实体尺寸用双点划线绘出，比例取1：1。同时应在图上标出毛坯的尺寸、公差、技术要求、毛坯制造的分模面、圆角半径和拔模斜度等。7 填写机械加工工艺过程卡片。将前述各项内容以及各工序加工简图，一并填入机械加工工艺过程卡片，卡片的尺寸规格由指导教师给定。 工序简图可以按比例缩小，并尽量用较少的投影绘出。简图中的加工表面用粗实线表示。对定位、加紧表面应以规定符号标明。最后，应标明各加工表面在本工序加工后的尺寸、公差及表面粗糙度。 工序简图中的定位、夹紧符号应符合机械工业部标准JB/Z174-82的规定。4. 工艺装备设计结构设计的具体步骤如下：1 确定设计方案，绘制结构原理示意图。设计方案的确定是一项十分重要的设计程序，方案的优劣往往决定了夹具设计的成功与失败，因此必须充分地进行研究和讨论，以确定最佳方案，而不应急于求成，草率从事。学生在确定夹具设计方案时应遵循的原则是:确保加工质量、结构尽量简单、操作方便高效、制造成本低廉。如果把这四条原则单独拿出来分析,有些是相互矛盾的，而设计者的任务就是要在设计实践中综合上述4条，通盘考虑，灵活运用所学知识，结合实际情况，注意分析研究，考虑相互制约的各种因素，确定最合理的设计方案。2 选择定位元件，计算定位误差。在确定设计方案的基础上，应按照加工精度的高低，需要消除自由度的数目以及粗、精加工的需要，按有关标准正确的选择定位元件。选择好定位元件以后，还应对定位误差进行计算。计算结果如超差时，需要改变定位方法或者提高定位元件、定位表面的制造精度，以减少定位误差，提高加工精度。有时甚至要从根本改变工艺路线的安排，以保证零件的加工能顺利进行。3 计算所需的夹紧力，设计夹紧机构。设计时所进行的夹紧力计算，实际上是经过简化了的计算。因为此时计算所得数据，仅为零件在切削力、夹紧力的作用下按照静力平衡条件而求得的理论夹紧力。为了保证零件装夹的安全可靠，实际所需的夹紧力应比理论夹紧力大，即应对理论夹紧力乘以安全系数K，K的大小可从有关手册中查得，一般K=1.5-2.5。应该指出，由于加工方法、切削刀具以及装夹方式千差万别，夹紧力的计算在有些情况下是没有现成公式可以套用的，所以需要同学们根据过去所学的理论进行分析研究，以决定合理的计算方法。夹紧机构的功用就是将动力源提供的力正确、有效地施加到工件上去。同学可以根据具体情况，选择并设计杠杆、螺旋、偏心、铰链等不同的夹紧机构，并配合以手动、气动、或液动的动力源，将夹具的设计工作逐步完善起来。4 画夹具装配图。画夹具装配图是夹具设计工作中的重要的一环。画夹具装配图时，应当遵循和注意以下各点： 本设计中，要求按1：1的比例画夹具装配图。被加工零件在夹具上的位置，要用双点划线表示，夹紧机构应处于“夹紧”的位置上。 注意投影的选择。应当用最少的投影将夹具的结构完全清楚的表达出来。因此，在画图之前，应当仔细考虑各视图的配置和安排。 所设计的夹具，不但机构合理，结构也应当合理，否则将不能正常工作。 要保证夹具与机床的相对位置及刀具与夹具的相对位置的正确性，即夹具上应具备定向键及对刀装置。 运动部件的运动要灵活，不能出现干涉和卡死的现象。回转工作台或回转定位部件应有锁紧装置，不能在工作中松动。 夹具的装配工艺性和夹具零件的可加工性要好。 夹具中的运动零部件要有润滑措施，夹具的排屑要方便。 零件的选材、尺寸公差的标注以及总装技术要求要合理。为便于审查零件的加工工艺性及夹具的装配工艺性，从教学要求出发，各零部件尽量不采用简化法绘制。 对夹具装配图上尺寸标注要求。在夹具装配图上，一般只要求标注四种尺寸，即轮廓尺寸、配合尺寸、与加工有关的尺寸及与机床关联的尺寸。5. 编写设计说明书学生在完成上述全部工作以后，应将前述工作依先后次序编写设计说明书一份。要求字迹工整、语言简炼、文字通顺。说明书应用16开纸书写，四周留有边框，并装订成册。四、课程设计成绩的考核课程设计的全部图样及说明书应有设计者的签字。课程设计成绩根据平时的工作情况、工艺分析的深入程度、工艺装备的设计水平、图样的质与量、独立工作能力、答辩情况等综合衡量，由指导教师评定。设计成绩定为5级：优秀、良好、中等、及格、和不及格。第二章 机械制造工艺规程与专用夹具设计一、机械加工工艺过程设计1. 设计工艺规程的基本要求机械加工工艺过程是指导生产的重要技术文件，是一切有关的生产人员应严格执行、认真贯彻的纪律性文件。制定机械加工工艺规程应满足以下基本要求：1 保证零件的加工质量，可靠的达到产品图纸所提出的全部技术条件，并尽量提高生产率和降低消耗；2 尽量降低工人的劳动强度，使其有良好的工作条件；3 在充分利用现有生产条件的基础上，采用国内外先进的工艺技术；4 工艺规程应正确、完整、统一、清晰；5 工艺规程应规范、标准，其幅面、格式与填写方法以及所用的术语、符号、代号等应符合相应标准的规定；6 工艺规程中的计量单位应全部使用法定计量单位。2. 设计工艺规程的原始资料在制定机械加工工艺规程时，应具备下列原始资料：1 产品的整套装配图和零件图；2 产品的验收质量标准；3 产品的生产纲领；4 现有的生产条件（设计条件）；5 有关工艺标准、设备和工艺装备资料；6 国内外同类产品的生产技术发展情况。3. 设计工艺规程的内容和步骤零件图、生产纲领、每日班次和生产条件是本设计的主要原始资料，由这些资料确定了生产类型和生产组织形式以后，即可开始拟定工艺规程。1 对零件（和实物）进行工艺分析，画零件图学生应首先对零件图和装配图进行工艺分析，着重了解以下内容： 零件的性能、功用、工作条件； 零件的材料和热处理要求； 零件的确切形状和结构特点； 零件的主要加工表面、主要技术要求和关键的技术问题； 零件的结构工艺性。要从选材是否得当，尺寸标注和技术要求是否合理，加工的难易程度、成本高低、是否便于采用先进的、高效率的工艺方法等方面进行分析，对不合理之处可提出修改意见。2 根据生产纲领，确定工艺的基本特征生产类型不同，零件和产品的制造工艺、所用设备及工艺装备、对工人的技术要求、采取的技术措施和达到的技术经济效果也会不同。所用的生产类型的工艺特征归纳如下：工艺特征生产类型单件小批中批大批大量零件的互换性用修配法，钳工修配，缺乏互换性大部分具有互换性。装配精度要求高时，灵活应用分组装配法和调整法，同时还保留某些修配法具有广泛的互换性。少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法毛坯的制造方法与加工余量木模手工造型或自由锻造。毛坯精度低，加工余量大部分采用金属模铸造或模锻，毛坯精度和加工余量中等广泛采用金属模机器造型、模锻或其他高效方法，毛坯精度高，加工余量小机床设备及其布置形式通用机床。按机床类别采用机群式布置部分通用机床和高效机床。按工件类别分工段排列设备广泛采用高效专用机床及自动机床。按流水线和自动线排列设备工艺装备大多采用通用夹具、标准附件、通用刀具和万能量具。靠划线和试切法达到精度要求广泛采用夹具，部分靠找正装夹达到精度要求。较多采用转用刀具和量具广泛采用专用高效夹具、复合刀具、专用量具或自动检验装置。靠调整法达到精度要求对工人的技术要求需技术水平较高的工人需一定技术水平的工人对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低工艺文件有工艺过程卡，关键工序卡有工艺过程卡，关键零件要工序卡有工艺过程卡和工序卡，关键工序要调整卡和检验卡成本较高中等较低3 确定毛坯类型和制造方法，画毛坯图零件毛坯的类型对零件的机械加工工艺过程、材料消耗、加工劳动量等影响很大，故正确选择毛坯种类与制造方法非常重要。各类毛坯的特点和应用范围如下表毛坯种类制造精度加工余量原材料工件尺寸工件形状适用生产类型生产成本型材大各种材料小型简单各种类型低型材焊接件一般钢材大、中型较复杂单件低砂型铸造13级以下大铸铁、青铜为主各种尺寸复杂各种类型较低自由锻造13级以下大钢材为主各种尺寸较简单单件小批较低普通模锻11-15一般钢、锻铝、铜等中、小型一般中批、大批量一般钢模铸造10-12较小铸铝为主中、小型较复杂中批、大批量一般精密锻造8-11较小钢材、铸铝等小型较复杂大批量较高压力铸造8-11小铸铁、铸钢、青铜中、小型复杂中批、大批量较高熔模铸造7-10很小铸铁、铸钢、青铜小型为主复杂中批、大批量高根据生产类型、零件结构、形状、尺寸、材料等选择毛坯制造方式，确定毛坯的精度。此时，若零件毛坯选用型材，则应确定其名称、规格；如为铸件，则应确定分型面、浇冒口的位置，若为锻件，则应确定锻造方式及分模面等。查阅有关的机械加工工艺手册，用查表法和计算法确定各表面的总余量及余量公差。绘制毛坯图，步骤如下：先用粗实线画出经过简化了次要细节的零件图的主要视图，将已确定的加工余量叠加在各项应被加工表面上，即得到毛坯轮廓，用双点化线表示。比例为1：1。和一般零件图一样，为表达清楚某些内部结构，可画出必要的剖视、剖面图。对于在实体上加工出来的槽和孔，可不必这样表达。在图上只要标出毛坯尺寸及公差，标出加工余量的名义尺寸。标明毛坯技术要求。如毛坯精度、热处理及硬度、圆角尺寸、拔模斜度、表面质量要求。4 拟定零件的机械加工工艺路线零件的机械加工工艺过程是工艺规程设计的中心问题。要以优质、高产、低消耗为宗旨，设计时应拟出23个方案，经全面分析对比，选择出一个较合理的方案。 选择定为基准。正确的选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。在最初的加工工序中，只能用毛坯上未经加工表面。作为定位基准（粗基准）。在后续工序中，则使用已加工表面作为定位基准。在制定工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求，并把各个表面加工出来，然后再考虑选择合适的粗基准把精基准面加工出来。另外，为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，可在工件上某部位作一辅助基准，用以定位。应从零件的整个加工工艺过程的全局出发，在分析零件的结构特点、设计基准和技术要求的基础上，根据粗精基准的选择原则，合理的选择定位基准。 确定各个加工表面的加工方案。确定工件各加工表面的加工方案是拟定工艺路线的重要问题。主要依据零件各加工表面的技术要求来确定，同时还要综合考虑到生产类型、零件的结构形状和加工表面的尺寸、工厂的现有设备情况、工件材质和毛坯情况等。在明确了各主要加工表面的技术要求后，即可据此选择能保证该要求的最终加工方法，然后确定前面一系列准备工序的加工方法和顺序，再选定个次要表面的加工方法。在确定各加工表面的加工方法和加工次数时，可参阅有关工艺设计手册的资料。选择时应考虑下列因素：应根据加工精度选择合理的加工方法。例如，公差为IT7级和表面粗糙度为Ra0.4um的外圆表面，若用车削，采取一定的工艺措施是可以达到精度要求的，但就不如采用磨削经济。所选择的加工方法要能保证加工表面的几何形状和相互位置精度要求。例如，加工直径为200mm的外圆表面，其圆度公差为0.006mm，这时应采用磨削加工，因为在普通车床上一般只能达到0.02mm的圆度公差。所选加工方法要与工件材料的加工性能相适应。例如，淬火钢采用磨削加工，而有色金属则磨削困难，一般采用金刚镗或高速精密车削的方法进行精加工。所选加工方要与生产类型相适应。所选加工方法要与本厂现有生产条件相适应。 划分加工阶段，安排加工顺序。对于精度和表面质量要求较高的零件，应将粗精加工分开进行。一般将整个工艺过程分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、和光整加工阶段。安排加工顺序，应包括切削加工、热处理工序，以及检验、表面处理、去毛刺等辅助工序的安排。机械加工顺序安排一般应：先粗后精、先面后孔、先主后次、基面先行，热处理按段穿插，检验按需安排 确定工序集中和分散倾向安排完加工工序以后，就可将各加工表面的每一次加工，按不同的加工阶段和先后顺序组合成若干个工序，组合时，可采用工序分散或工序集中的原则。工序集中和分散各有特点，应根据生产纲领、技术要求、现场的生产条件和产品的发展情况来综合考虑。从发展的角度看，当前一般宜按工序集中原则来考虑。初拟加工工艺路线。根据前面已分析和确定的各方面问题，可初步拟定出23个较完整、合理的该零件的加工工艺路线。5 选择各工序所用的机床、夹具、刀具、量具和辅具机床的选择。零件的加工精度和生产率在很大程度上是由使用的机床所决定的。要根据已确定的工艺基本特征，结合零件的结构和质量要求，选择出既能保证加工质量，又经济合理的机床和工艺装备。这时应认真查阅有关手册或实地调查，应将选定的机床或工装的有关参数记录下来，如机床型号、规格、工作台宽、T型槽尺寸；刀具形式、规格与机床联结关系；夹具、专用刀具设计要求，与机床的连接方式等等，为后面填写工艺卡片和夹具设计作好必要准备，免得届时重复查阅。机床设备的选择应遵循以下原则：机床的加工尺寸范围应与工件外形轮廓尺寸相适应：机床的精度应与工序精度要求相适应；机床的生产率与工件的生产类型相适应；机床的选择还应与现有设备条件相适应；工艺装备的设计与选择应考虑以下因素：工艺规程的特点；现有设备负荷的均衡情况和通用工装的应用程度；成组技术的应用；安全技术的要求；满足工装设计的经济性原则，即在保证产品质量和生产效率的情况下，用完成工艺过程所需工装的费用作为选择分析的基础，对不同方案进行比较，使工装的制造费用及其使用维护费用最低。夹具的选择。夹具的选择要与工件的生产类型相适应，单件小批生产应尽量选用通用夹具，如机床三爪自定心卡盘、平口虎钳、转台等。大批量生产时，应采用高效的专用夹具，如气、液传动的专用夹具。在推行计算机辅助制造、成组技术等新工艺时，应采用成组夹具、可调夹具、组合夹具。所选夹具的精度应与工件的加工精度相适应。刀具的选择。刀具的选择主要取决于各工序的加工方法、工件材料、加工精度、所用机床的性能、生产率及经济性等。选择时主要确定刀具的材料、型号、主要切削参数等。在生产中，应尽量采用标准刀具，必要时可采用高效复合刀具和其他一些专用刀具。量具的选择。量具主要根据生产类型和所要求检验的精度来选择。单件小批生产中应采用标准的通用量具，如卡尺、千分尺等。大批量生产中，一般应根据所检验的精度要求设计专用量具，如卡规、样柱等极限量规，以及各种专用检验仪器和检验夹具。在选择工艺装备时，既要考虑适应性，又要注意新技术的应用。当需要设计专用刀具、量具或夹具时，应提出设计任务书。6 机械加工工序设计 确定加工余量。毛坯余量已在画毛坯图示确定，这里主要是确定工序余量。合理选择加工余量对零件的加工质量和整个工艺过程的经济性都有很大影响。余量过大，则浪费材料及工时，增加机床和刀具的消耗，余量过小，则不能去掉加工前存在的误差和缺陷层，影响加工质量，造成废品。故应在保证加工质量的前提下尽量减少加工余量。工序余量一般可用计算法、查表法或经验估计法三种方式来确定。可参阅有关机械加工工艺手册用查表法和计算法按工艺路线的安排，逐工序、逐表面地加以确定。 确定工序尺寸及其公差。计算各个工序加工时所应达到的工序尺寸及其公差是工序设计的主要任务之一。工序尺寸及其公差的确定与工序余量的大小、工序尺寸的标注方法、基准选择、中间工序安排等密切相关，就其性质和特点而言，一般可以归纳为以下两大类：1) 当定位基准与设计基准重合时（如单纯孔与外圆表面的加工，单一平面加工等等），某表面本身各次加工工序尺寸的计算。对于这类问题，当决定了各工序间余量和工序所能达到的加工精度后，就可以计算各工序的尺寸和公差。计算的顺序是从最后一道工序开始，由后向前推算。即将工序余量一层层的叠加在被加工表面上，可以清楚地看出每道工序的工序尺寸，再将每种加工方法的经济加工精度公差按入体原则标注在对应的工序尺寸上。例如，每一加工表面为100H6孔，其加工方案为粗镗-精镗-粗磨-精磨。由机械加工工艺手册可查出各工序的加工余量和所能达到的经济精度，毛坯的公差，也可根据毛坯的生产类型、结构特点、制造方式和具体生产条件，参照手册确定。2) 基准不重合时工序尺寸的计算。在零件的加工过程中，为了加工和检验方便可靠或由于零件表面的多次加工原因，往往不能直接采用设计基准为定位基准，形状复杂的零件在加工过程中需要多次转换定位基准。，这时工序尺寸的计算较为复杂，应利用尺寸链原理来进行分析和计算，并对工序间余量进行必要的验算，以确定工序尺寸及其公差。 确定切削用量 确定切削用量时，应在机床、刀具、加工余量等确定以后，综合考虑工序的具体内容、加工精度、生产率、刀具寿命等因素。在单件小批量生产中，常常不具体规定切削用量，而是由操作工人根据具体情况自己确定，以简化工艺文件。在大批量生产，则科学地，严格的选择切削用量，以充分发挥高效率设备的潜力和作用。选择切削用量的基本原则是：首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性限制条件或者已加工表面粗糙度的规定等，选取尽可能大的进给量f；最后利用切削用量手册选取或用公式计算最佳切削速度。下面介绍常用加工方法切削用量的一般选择方法：1) 车削用量的选择切削深度。粗加工时，尽可能一次切除全部加工余量，即选择切深值等于余量值。当余量太大时，应考虑工艺系统刚度和机床的有效功率，尽可能选取较大的切深和最少的工作行程数，半精加工时，如单边余量h2mm，则应分在两次行程中切除；第一次，第二次，如h=2mm，可一次切除。进给量。切削深度选定后，进给量直接决定了切削面积，从而决定了切削力的大小。因此，允许选用的最大进给量受下列因素限制：机床的有效功率和转矩；机床进给机构传动链的强度；工件的刚度；刀具的强度与刚度；图样规定的加工表面粗糙度；生产中多利用金属切削用量手册采用查表法确定合理的进给量。切削速度。在背吃刀量和进给量选定后，切削速度的选定是否合理，对切削效率和加工成本影响很大。一般方法是根据合理的刀具寿命计算或查表选定值。精加工时，应选取尽可能高的切削速度，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。粗加工时，切削速度的选择，应考虑以下几点：硬质合金车刀切削热轧中碳钢的平均切削速度为1.67m/s，切削灰铸铁的平均切削速度为1.17m/s，两者平均刀具寿命为36005400s；切削合金钢比切削中碳钢的平均切削速度要降低20%30%；切削调质状态的钢件或者切削正火、退火状态的钢料的切削速度要降低20%30%；切削有色金属比切削中碳钢的切削速度可提高100%300%。2) 铣削用量的选择铣削吃刀量。根据加工余量来确定铣削吃刀量。粗铣时，为提高铣削效率，一般选铣削吃刀量等于加工余量。一个工作行程铣完。而半精铣及精铣时，加工要求较高，通常分两次铣削，半精铣时，吃刀量一般为0.52mm；精铣时，铣削吃刀量一般为0.11mm或更小。每齿进给量。可由切削用量手册的表格中查出，其中推荐值均有一个范围。精铣或铣刀直径较小、铣削吃刀量较大时，用其中较小值。大值常用于粗铣。加工铸铁件时，用其中较大值，加工钢件时，用较小值。铣削速度。铣削吃刀量和每齿进给量确定后，可适当选择较高的切削速度以提高生产率。选择时，按公式计算或查切削用量手册，对大平面铣削，也可参照国内外的先进经验，采用密齿铣刀、选大进给量、高速铣削，以提高效率和加工质量。3) 刨削用量的选择刨削吃刀量。刨削吃刀量的确定方法和车削基本相同。进给量。刨削进给量可以按有关手册中车削进给量推荐值选用。粗刨平面根据切削深度和刀杆截面尺寸按粗车外圆选其较大值；精加工时按半精车、精车外圆选取；刨槽和切断按车槽和切断进给量选择。刨削速度。在实际刨削加工中，通常是根据实践经验选定切削速度。若选择不当，不仅生产率低，还会造成人力和动力的浪费。刨削速度也可按车削速度公式计算，只不过考虑到冲击载荷，除了如同车削时要考虑的诸项因素外，还要引入修正系数。4) 钻削用量的选择。钻削用量的选择包括确定钻头直径D、进给量和切削速度。应尽可能选大直径钻头，选大的进给量，再根据钻头的寿命选取合适的钻削速度，以取得高的钻削效率。钻头直径。钻头直径D由工艺尺寸要求确定，尽可能一次钻出所要求的孔。当机床性能不能胜任时，可采取钻孔扩孔的工艺，这时，钻头直径取加工尺寸的（0.5-0.7）倍。钻孔用麻花钻直径可参阅JB/Z228-85选取。进给量。进给量主要受到钻削吃刀量和机床进给机构和动力的限制，有时也受工艺系统刚度的限制。标准麻花钻的进给量可查表选取。采用先进钻头能有效地减小轴向力，往往能使进给量成倍提高。因此，进给量还必须根据实践经验和具体条件分析确定。钻削速度。钻削速度通常根据钻头寿命按经验选取。1. 估算工时定额。目前主要是按生产实践验证而积累起来的统计资料来确定。随着工艺过程的不断改进，也需要相应的修订工时定额。对于流水线和自动线，由于有规定的切削用量，工时定额可以通过公式计算，部分应用统计资料得出。在计算出每一道工序的单件时间后，还必须对各个工序的单件计算时间进行平衡，以最大限度的发挥各台机床的生产效率，达到较高的生产率，保证完成生产任务。具体方法是首先计算出零件的年生产纲领所要求的单件时间(min)式中（h/年） 将每个工序的单件计算时间进行比较。对于大于的工序，可通过下列方法缩短，以达到平和工序单件时间的目的。若大于在一倍以内，可采用改用先进刀具，适当提高切削用量，采用高效加工方法缩短工作行程等措施，来缩短若大于二倍以上，则可采用增加顺序加工工序或增加平行加工工序的方法来成倍的提高生产率，缩短对于小于的工序，因其生产率较高，则可采用一般的通用机床及工艺装备，来降低成本。7 技术经济分析制定工艺规程的时候，在同样满足被加工零件的加工精度和表面质量的要求时，通常可以有几种不同的工艺路线，其中有的方案可能有很高的生产率，但设备和工夹具方面的投资较大，另一些方案则可能投资节省，但生产率较低，因此，不同的工艺路线就有不同的经济效果。为了在给定的生产条件下选取最经济合理的方案，应对已拟定的至少两个工艺路线进行技术经济分析和评比。8 填写工艺文件工艺规程制定以后，要以表格或者卡片的形式确定下来，以便指导工人操作和用于生产、工艺管理。机械加工工艺规程卡片的种类很多，如机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片等。在单件小批量生产中，一般只填写简单的工艺过程卡；在大批量生产中，每个零件的每个工序还要有工序卡片；成批生产中只要求主要零件的每个工序有工序卡片，而一般零件仅是关键工序有工序卡片。9 审核在完成制定机械加工工艺规程各步骤以后，应对整个工艺规程进行一次全面的审核。首先应按照各项内容审核设计的合理性和正确性，如基准的选择、加工方法的选择是否正确、合理，加工余量、切削用量等工艺参数是否合理，工序图等图样是否完整、准确等。此外，还应审查工艺文件是否完整、全面，工艺文件中各项内容是否符合相应各种标准的规定。二、专用夹具设计1. 夹具设计的基本要求夹具设计必须满足工艺要求，且结构性能可靠，使用省力安全，操作方便，有利于实现优质、高产、低耗；能改善劳动条件，提高标准化、通用化、系列化水平。深入现场，联系实际，确定设计方案时，应征求教师意见，经审批后进行设计。具有良好的结构工艺性，即所设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整、维修，且便于切屑的清理、排除。夹具设计必须保证图样清晰、完整、正确、统一。对精密、重大、特殊的夹具应附有使用说明书和设计计算书。2. 设计夹具的依据工装设计任务书。工件的工艺规程。产品的图纸和技术要求等。有关国家标准、行业标准和企业标准。国内外典型工装图样和有关资料工厂设备清单。生产技术条件。3. 设计夹具的程序和内容在实际生产中，夹具设计的程序如图2-5所示1 明确设计任务接到夹具设计任务以后，应认真进行分析、研究，若有不妥之处，可提出修改意见，经审批后方可修改。2 熟悉被加工件的图样弄清楚被加工件在产品中的作用、结构特点、主要加工表面和技术要求。了解被加工件的材料、毛坯种类、特点、重量和外形尺寸等。3 分析被加工件的工艺规程熟悉被加工件的工艺路线，了解有关工艺参数和工件在本工序以前的加工情况。熟悉在该工序加工中所使用的机床、刀具、量具、辅具的型号、规格、主要参数、机床与夹具连接部分的结构和尺寸。了解被加工件的热处理情况。4 核对夹具设计任务书根据上述工作，认真核对设计任务书，确保其准确无误。5 收集资料，深入调研收集有关资料，还可进行必须的工艺试验，征求有关人员意见，进行现场调研。尽量使所设计的夹具结构完善、合理6 确定夹具设计方案，绘制结构示意图 根据工件的加工要求和基准的选择，确定工件的定位方式及定位元件的结构。 按照夹紧的基本原则，确定工件的夹紧方式，夹紧力的方向和作用点的位置，选择合适的夹紧机构。 确定刀具的对刀、导向方式，选择对刀、导向元件。 确定其他元件或装置的结构形式，如连接件、分度装置等。 协调各装置、元件的布局，确定夹具体结构尺寸和夹具的总体结构，必要时，对夹具体几何尺寸进行必要的刚度、强度验算。 对于复杂的夹具可先绘制联系尺寸图和刀具布置图。 对夹具的轮廓尺寸、总重量、承载能力以及设备规格进行校核。 对几种可行的设计方案进行全面分析对比，最终确定出合理的设计方案。夹具的设计方案确定后，便可绘制夹具结构示意图。7 绘制装配图 夹具图样应符合标准规定。夹具图应符合相关各标准的规定，在装配图上应有下列内容：绘出工件的外形轮廓、定位、夹紧部件及加工部位和余量；注明定位面（点）、夹紧面（点），主要活动件的装配尺寸、配合代号以及外形尺寸；注明工件在夹具中的相关尺寸和主要参数，以及夹具总重等；需要时应绘出夹紧、装卸活动部件的轨迹；标明夹具总装检验尺寸和验证技术要求；有关制造、使用、调整、维修等方面的特殊要求和说明；夹具零件号；标题栏和零件明细表。 绘制夹具总图的步骤及要求1) 选定比例。为使所绘制的夹具总图有良好的直观性，比例应尽量取1：1。对于较大或较小的夹具，可适当缩小或放大比例。2) 合理的选择和布置视图。夹具总图在清楚的表达夹具工作原理和结构的前提下，视图应尽可能小。主视图一般应选取最能清楚表达夹具主要部件的视图，并取操作者实际工作正对的位置。3) 画出工件轮廓图。同画结构示意图一样，用双点划线画出工件轮廓图。4) 画出整个夹具结构。依据工序卡或设计任务书中的定位简图，参照结构示意图中确定的定位元件结构，画出有关定位元件。按结构示意图中确定的夹紧装置的具体结构和尺寸，画出夹紧装置。依据工序卡或设计任务书中的定位简图和结构示意图，画出刀具的导向装置。参照结构示意图和有关的设计资料，确定并画出夹具体及其他零件。5) 检查图画。完成以上工作以后，应检查图画是否已把结构表达清楚，即夹具上的每个零件是否都能在装配图上表示出来，与其他零部件的装配关系是否表达清楚。同时，还应从机械制图的角度检查是否有漏洞、错画和不符合制图标准规定的地方并及时地修正过来。6) 标注夹具尺寸公差和技术要求。夹具装配图应标注的尺寸、公差和技术要求以及各类机床夹具公差和技术要求制订的依据和具体方法，见第3章。7) 顺序标注夹具零件号8) 填写标题栏和零件明细表9) 画完夹具总图，应自行复查一遍，检查有无考虑不周的地方。然后，由制造单位、使用单位同设计者进行审核、会签。8 绘制零件图根据已绘制的装配图，就可绘制全部的零件图。具体要求如下：零件图的投影应尽量与总图的投影位置向符合，便于读图和核对。尺寸标注应完善、清楚，既便于读图，又便于加工。应将零件的形状、尺寸、相互位置精度、表面粗糙度、材料、热处理及表面处理要求等都清楚的表示出来。同一工种加工表面的尺寸应尽量集中标注。对于可在装配后用组合加工来保证的尺寸，应在其尺寸数值后标注“按总图”字样。如钻套之间，定位销之间的尺寸等。要注意选择设计基准和工艺基准某些要求不高的形位公差可由加工方法自行保证，可不标注。为满足加工要求，尺寸应尽量按加工顺序标注，以免进行尺寸换算。9 图样审核夹具装配图和零件图绘制完毕后，为使夹具能够满足使用功能要求，同时又具有良好的装配工艺性和加工工艺性，应对图样进行必要的审核。下面指出几个在夹具结构设计中带有共性的问题，在审核图纸的时候应特别的注意：夹具的结构应合理。所设计的夹具应具有合理的结构，否则会影响工作，甚至不能工作。夹具结构要稳定可靠，有足够的强度和刚度。应根据夹具结构的具体形状确定增加刚度的措施。如铸件可选用合理的截面形状及增加加强筋；焊接件加焊接加强筋或在接合面上加紧固螺钉；锻件可适当增加截面尺寸。夹具的受力应合理。夹具的受力部分应直接由夹具体承受，避免通过紧固螺钉受力。夹紧装置的设计，应尽量使夹紧力在夹具体一个构件上得到平衡。夹具结构应具有良好的工艺性。正确设计退刀槽及倒角。注意材料及热处理方法的合理选择。夹具结构应具有良好的装配工艺性。夹具结构应充分考虑测量与检验的问题。夹具的易损件应便于更换和维修。10 编写使用说明书和设计计算书在精密、重大、特殊的夹具设计完成以后，应整理出使用说明书和设计计算书有关夹具操作过程说明及注意事项。有关夹具调整维修保养的要求和说明。有关设计计算过程，包括几何关系的尺寸换算及误差计算，对工件工序尺寸公差的误差分析，特殊结构中力的分析和计算，以及必要的强度校核等。要求计算过程及结果准确无误，文字叙述有条理，语言通顺简练，文图清晰、工整11 标准化审查图纸的幅面、格式是否符合有关标准的规定。图纸中所用的术语、符号、代号和计量单位是否符合相应的标准规定，文字是否规范。标题栏、明细栏的填写是否符合标准。图样的绘制和尺寸标准是否符合机械制图国家标准的规定有关尺寸、尺寸公差、形位公差和表面粗糙度是否符合相应标准选用的零件结构要素是否符合有关标准选用的材料、标准件是否符合有关标准是否正确选用了标准件、通用件和借用件。第三章 制造技术课程设计实例一、零 件 的 分 析1. 零件的作用题目所给的零件是解放牌汽车底盘传动轴上的万向节滑动叉（见附图1），它位于传动轴的端部。主要作用一是传动扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同的状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。零件的两个叉头部位上有两个39mm的孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联轴节的作用。零件65mm外圆内为50mm花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用于传动动力之用。2. 零件的工艺分析万向节滑动叉共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：1 以39mm孔为中心加工表面这一组加工表面包括：两个39mm的孔及其倒角，尺寸为118mm的与两个39mm相垂直的表面，还有在平面上的四个M8螺孔。其中，主要加工表面为39mm的两个孔。2 以50mm花键孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：50mm十六齿方齿花键孔，55mm阶梯孔，以及65mm的外圆表面和M601mm的外螺纹面。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是： 50mm花键孔与39mmmm两孔中心联线的垂直度公差为：100：0.2； 39mm两孔外端面对39mm孔垂直度公差为0.1mm； 50mm花键槽宽中心线与39mm中心线偏转角度公差为2由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。二、工 艺 规 程 设 计1. 确定毛坯的制造形式零件材料为45钢。考虑到汽车在运行中要经常加速及正、反行驶，零件的工作过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选择锻件，以使金属纤维尽量不被切除，保证零件工作可靠。由于零件年产量为4000件，已达大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。2. 基面的选择基面选择是工艺规程设计的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。1 粗基准的选择。对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。但对于本零件来说，如果以65mm外圆表面作基准，则可能造成这一组内外圆柱表面与零件的叉部外形不对称。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现选取叉部两个39mm孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两个V型块支撑着两个39mm的外轮廓作主要定位面，以消除四个自由度，再用一对自动定心的窄口卡爪，夹持在65mm外圆柱面上，以消除两个自由度，达到完全定位。2 精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。3. 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应该是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。1 工艺路线方案一工序 车外圆62mm，60mm，车螺纹M601mm。工序 两次钻孔并扩钻花键底孔43mm，锪沉头孔55mm。工序 倒角530。工序 钻Rcl/8底孔。工序 拉花键孔。工序 粗铣39mm两孔端面。工序 精铣39mm两孔端面。工序 钻、扩、粗铰、精铰两个39mm孔，至图样尺寸并锪倒角245。工序 钻M8mm底孔6.7mm，倒角120。工序 攻螺纹M8mm，Rcl/8。工序 冲箭头。工序 检查。2 工艺路线方案二工序 粗铣39mm两孔端面。工序 精铣39mm两孔端面。工序 钻39mm两孔不到尺寸。工序 镗39mm两孔不到尺寸。工序 精镗39两孔，倒角245。工序 车外圆62mm，60mm，车螺纹M601mm。工序 钻、镗孔43mm，并锪沉头孔55mm。工序 倒角530。工序 钻Rcl/8底孔。工序 拉花键孔。工序 钻M8mm螺纹的底孔6.7mm孔，倒角120。工序 攻螺纹M8mm，Rcl/8。工序 冲箭头。工序 检查。3 工序方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工以花键孔为中心的一组表面，然后以此为基面加工39mm两孔；而方案二则此相反，先是加工39mm两孔，然后再以此二孔为基准加工花键孔及其外表面。两相比较可以看出，先加工花键孔后，再以花键孔定位加工39mm两孔，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹等都比较方便。但方案一中的工序虽然代替了方案二中工序、，减少了装夹次数，但在一道工序中要完成这么多工作，除了选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，在能保证加工精度的情况下，应尽量不需要专用组合机床）外，只能选用转塔车床，利用转塔头进行加工。而转塔车床目前大多适用于粗加工，用来在此处加工39mm两孔是不合适的，因此决定将方案二种的工序、移入方案一，改为两道工序加工。具体工艺过程如下：工序 车外圆62mm，60mm，车螺纹M601mm。粗基准的选择如前所述。工序 两次钻孔并扩钻花键底孔43mm，锪沉头孔55mm，以62mm外圆为定位基准。工序 倒角530。工序 钻Rcl/8锥螺纹底孔。工序 拉花键孔。工序 粗铣39两孔端面，以花键孔及其端面为基准。工序 精铣39两孔端面。工序 钻孔两次并扩孔39mm。工序 精镗并细镗39mm两孔，倒角245。工序、的定位基准均与工序相同。工序 钻M8mm螺纹底孔，倒角120。工序 攻螺纹M8mm，Rcl/8。工序 冲箭头。工序 检查。以上工艺方案大致看来还是合理的。但是通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后，就会发现问题，主要表现在39mm两个孔及其端面加工要求上。图样规定：39mm两孔中心线应与55mm花键孔垂直，垂直度公差为100：0.2；39mm两孔与其外端面应垂直，垂直度公差为0.1mm。由此可以看出：因为39mm两孔的中心线要求与55mm花键孔中心线垂直，因此，加工及测量39mm孔时应以花键孔为基准。这样做，能保证设计基准与工艺基准相重合。在上述工艺路线制定中也是这样做的。同理，39mm两孔与其外端面的垂直度（0.1mm）的技术要求在加工与测量时应遵循上述原则。但在已制定的工艺路线中却没有这样做：39mm孔加工时，以55mm花键孔定位（这是正确的）；而39mm孔的外端面加工时，也是以55mm花键孔定位。这样做，从装夹上看似乎比较方便，但却违反了基准重合原则，造成了不必要的基准不重合误差。具体来说，当39mm两孔的外端面以花键孔为基准加工时，如果两个端面与花键孔中心线已保证绝对平行的话，那么由于39mm两孔中心线与花键孔仍有100：0.2的垂直度公差，则39mm两孔与其外端面的垂直度误差会很大，甚至造成超差而报废。这就是由于基准不重合造成的恶果。为了解决这个问题，原有的加工路线可仍大致保持不变，只是在39mm两孔加工完了以后，再增加一道工序：以39mm孔为基准，磨39mm两外端面。这样做，可以修正由于基准不重合造成的加工误差，同时也照顾了原有的加工路线中装夹比较方便的特点。因此，最后的加工路线确定如下：工序 车外圆62mm，60mm，车螺纹M601mm。以两个叉耳外轮廓及65mm外圆为粗基准，选中C620-1卧式车床并加专用夹具。工序 两次钻孔并扩钻花键底孔43mm，锪沉头孔55mm，以62mm外圆为定位基准。选用C365L转塔车床。工序 内花键孔530倒角。选用C620-1卧式车床并加专用夹具工序 钻锥螺纹Rcl/8底孔。选中Z525立式钻床及专用模具。这里安排钻Rcl/8底主要是为了下道工序拉花键孔时为消除回转自由度而设置的一个定位基准。本工序以花键内底孔定位，并利用叉部外轮廓消除回转自由度。工序 拉花键孔。利用花键内底孔、55mm端面及Rcl/8锥螺纹底孔定位，选用L6120卧式拉床加工。工序 粗铣39两孔端面，以花键孔定位。选用X63卧式铣床加工。工序 钻、扩孔39mm及倒角。以花键孔及端面定位，选用Z535立式钻床加工。工序 精镗并细镗39mm两孔，选中T740型卧式金刚镗床及专用夹具加工，以花键内孔及其端面定位。工序 磨39mm两孔端面，保证尺寸118mm，以39mm孔及花键孔定位，选用M7130平面磨床及专用夹具加工。工序 钻叉部四个M8mm螺纹底孔并倒角。选用Z525立式钻床及专用夹具加工，以花键孔及39mm孔定位。工序 攻螺纹4-M8mm，Rcl/8。工序 冲箭头。工序 检查。以上工艺过程祥见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”。4. 机械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸的确定“万能节滑动叉”零件材料45钢，硬度207241HBS，毛坯重量约为6kg，生产类型为大批生产，采用在锻锤上合模模锻毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：外圆表面（62mm及M601mm）1 考虑其加工长度为90mm，与其连接的非加工外圆表面直径为65mm，为简化模锻毛坯的外形，现直接取其外圆表面直径为65mm。62mm表面为自由尺寸公差，表面粗糙度值要求为R200m，只要求粗加工，此时直径余量2Z=3mm已能满足要求。2 外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差（M601mm端面）